双管压板的高频感应钎焊

 
摘要：本文针对汽车空调配件中的双管压板，提出了一种双管压板高频感应钎焊的方法。并针对其提出了工艺流程和操作方法，改善了现有生产工艺，解决了铝制双管压板难以进行感应钎焊的问题。
关键词：高频感应钎焊 双管压板 铝高频感应钎焊工艺

1 单管压板的高频感应钎焊概述

1.1高频感应钎焊概述

       高频感应钎焊：通过加热的方法将焊缝加热到合金钎料熔化的温度，但是此时被焊接的金属仍然未到达熔化温度，低熔点合金通过强大的表面张力将两个金属粘连在一起，冷却后就形成固体焊缝。可将同种或不同材料的零件焊接起来，节约材料效果显著，可满足各种需要。适用于钢、铜、铝、镍、特种合金等各种磁性材料的焊接。高频局部焊接强度高，无变形，综合机械性能优于其他焊接。
       应钎焊是众多钎焊方法中的一种，他不是通过热辐射来加热金属，而是利用电磁感应原理使金属自身产生热量。这种加热方法的能量利用率高并且加热迅速，且仅使用电能，具有低能耗，低污染，低危害等特点。

1.2双管压板概述

双管压板是汽车空调管路中非常常见的重要功能配件。

图1双管压板

 

2材料焊接性能分析

铝合金相对其他合金较难钎焊，主要原因为：
（1）在于其容易在表面形成一层极为致密的氧化膜。这层氧化膜的性质非常稳定，覆盖在工件表面会阻碍焊料在工件表面润湿，从而影响钎焊质量。铝合金表面氧化膜的熔点很高，并且在500~600℃的钎焊温度下，氧化膜的厚度会剧增至室温下的20~40倍左右，严重阻碍钎料和母材的润湿和结合。这也是铝合金在钎焊过一次后难以再补焊的主要原因；
（2）在对铝合金进行硬钎焊时，由于钎料的熔点与铝合金的熔点相差不大，所以必须严格控制钎焊温度，否则容易导致工件烧坏的现象。
应当指出的是，材料的钎焊性能是无法改变的，但我们可以通过改善钎焊工艺来提高焊接质量。

3工艺现状描述

目前解决汽车空调管路焊接的主要方法是通过人工火焰焊接，但是人工火焰焊接具有高温、眩光、噪音、烟气、高强度劳作等缺点。
   

图2隧道式钎焊炉		图3 人工火焰钎焊

                       

4系统构架说明

本系统包括冷水机组、感应电源、分机、输出单元、定位工装、辅件、焊后清洗七部分构成。

图4系统构架说明

        基本的工作单元包含冷水机组（主要用于给输出单元和感应加热电源的主分机进行循环冷却），而感应加热电源、分机和输出单元是一个成熟的子系统。进行大规模批量生产的时候必须借助于定位工装，否则将不能满足生产要求。因此，只要有冷水机组、感应电源系统、定位工装就可以进行生产工作。对于要求比较高，可以借助于辅件设备，如红外测温仪，焊后清洗装置，如超声波清洗机等来实现一整套的高频感应钎焊解决方案。
 
 

5工艺流程

 
焊接电源选型——感应器选型——焊料助剂选型——工装定位设计——辅件选型——焊接参数确定——焊后清洗

5.1焊接电源选型

根据图中双管压板中的管径与压板大小，我们选择专用的全数字式L-DIH-40机型作为焊接电源。
 

图6全数字L-DIH-40焊接电源

5.2感应器选型

       压板底部是一个扁形实心的铝质接头，且面积比铝管大，铝管壁厚相对较薄 。在吸收同等能量的情况下，接头比铝管的发热量要少。在设计感应器时要考虑到接头和铝管的均匀加热，即同时达到钎焊温度。同时，要考虑工件在生产过程中的放入和取出方式。综合这两点因素，设计了一个类椭圆形内一外二感应器。

图7 焊接输出端

5.3焊料助剂选型

铝制双管压板经过我公司工艺部确定使用药芯焊丝或自钎焊丝。

图8 焊料助剂

5.4工装定位设计

        感应加热焊接，是将工件焊接部位放置在感应磁场中进行加热的，磁场中每一处的磁场强弱是不一样的，对工件的定位重复性有很高的要求。因此需要根据每种工件的规格同时结合焊接工艺设计相应的工装。我公司可提供感应钎焊工装设计服务。

图9工装夹具

5.5辅件选型

        高频感应焊接时需要对感应加热电源进行冷却，需要配套相应规格的工业冷水机，在客户使用红外模式并实时进行温度监测的时候，需要加装数字式红外测温仪，我公司红外测温仪和电源协同工作时控温精度最高可到达±1℃。我公司可提供冷水机、高频钎焊定制红外测温仪。
 
          

图10工业冷水机		图11数字式红外测温仪

5.6焊接参数确定

        过我们长时间的高频钎焊研究和大量的客户经验，选择该机型中的自动加热模式，自动加热模式加热电流总共分为五段，在这过程中铝制金属特性是随着温度升高而电阻升高，焦耳效应导致在加热过程中是约加热升温速度越块，这和我们研究总结出来的焊接工艺是不符的，因此我们采用电流逐级递减的方式对焊接部位进行加热。这样可以保证加热均匀的前提下提高焊接部位温度，防止工件在高温段过烧，最后为了使焊接工艺的完整性，我们在其后设定保温小电流，确保其达到熔深达标、无气孔砂眼等工艺标准。

图12加热参数设置		图13运行参数显示

                              

5.7焊后清洗

当焊接完成后，焊料堆积区表面需要会有助剂残渣，需要对其进行清洗，目前比较环保的方式是采用超声波清洗。我公司可提供高频焊焊后超声波清洗机。
      

图14全自动超声波清洗机		图15工业单槽超声波清洗机

6 操作步骤

表面准备：去除工件表面的氧化膜及油污
工件的定位：工件进行定位、支撑、固定，保证批量生产时，工件与感应器的相对位置不变，钎料制成环状加在待焊部位。
加热过程：使用之前设定好的参数，操作人员只需摁一下启动按钮，设备会自动执行完之前设定的参数从而对工件进行精确焊接，并在焊接完成后停止加热。
钎焊后处理：直接将工件放入水中或用其他化学剂清洗

7 能耗对比

表一 火焰钎焊与感应钎焊能源消耗对比

	火焰钎焊		感应钎焊
能源名称	液化气	氧气	电
每小时消耗量	4.7kg	4m³	4度
工作时间比例	100%	100%	60%
核算单价	8.68元/kg	0.8元/m³	1元/度
日花费（8小时）	352元		32元
年花费（300天）	10.6万		9600元

 
表二 手工焊接与感应钎焊焊料消耗对比

焊材	手工焊接	高频焊接
焊料形态	条状	环状
每公斤所焊数量	约2800个	约4000个

 
（1）焊接工艺设备化，降低对人工技术的依赖，可由普通操作工代替持证火焰焊工，减少安全和持证年审对企业的负担。
（2） 在小工件，少管路时，感应钎焊优势并不明显。但是感应钎焊焊接过程是设备自动焊接人工无需操作，利用焊接时间可以操作另一台设备，从而一人可以同时操作两台焊机。这样可以进一步提高产品质量。
（3）根据上图中的数据每年可节能10.6-9600=10万元

8总结

        本文通过对汽车空调管路中的双管压板的高频感应钎焊技术、材料焊接性能分析、工艺现状描述、工艺流程、操作方法、能耗对比这7个方面的描述，针对铝金属难以进行感应钎焊的问题提出了一种基于全数字感应加热技术，涵盖焊前、焊中、焊后各环节的解决方案。并给出了详实有效的数据证明了高频感应钎焊在环保、能源消耗、焊材消耗等方面均优于火焰钎焊。